计算电磁学研究进展_洪伟(2)

5　电磁成像

首次将有限差分法和不变性测试方程法(FD2

MEI)应用于电磁成像问题的计算[26,27].在用计算的散射场与测量的散射场之间偏差平方和作为目标函数时,首次给出了目标函数梯度的解析计算公

计算电磁学研究进展_洪伟

第3期洪　伟:计算电磁学研究进展337

式,避免了用差分计算梯度,大大减少了计算梯度

的工作量.在利用近区测量的散射场对介质柱进行成像时,首次提出了基于矩量法结合吉洪诺夫(Tiknonov)正则化方法的直接成像方法,避免了优化迭代的过程,成像计算十分快捷.将遗传算法应用于对目标函数的优化迭代时,利用遗传算法不需要求目标函数梯度的特点,对优化变量的设置进行了各种新的尝试,针对不同的电磁成像问题设置不同的优化变量,如将目标的形状参数作为优化变量、将目标的边界曲线的展开式系数作为优化变量,或将目标介质参数分布的展开式系数作为优化变量等.将所提出的各种成像算法应用于包括美国空军Rome试验室提供的散射体散射场的实际测量数据(TheIpswichData)磁成像,,效果.

该课题的研究成果获1995年国家教委科技进步一等奖(作者为第一获奖人).

7　电磁场边值问题泛函解法的研究

自20世纪60年代后期以来,由于电子计算机技术的不断革新,在不同国家、由不同学者、为了不同的应用背景、从不同的构思角度提出的求解电磁场问题的数值方法,如雨后春笋般竞相发展.这种状况既激励了学术研究的活力,也在学术界.我们曾在教.、误差分.提出了修正边界元法、多点加权配置法,并在矩量法应用方面也进行了深入的研究.

该项研究成果获得了1993年国家教委科技进步一等奖(该项目负责人为作者的硕士生阶段导师章文勋教授,作者为第二获奖人).

6　直线法

直线法是一种半解析半数值的求解偏微分方程的方法,其基本原理是将n维偏微分方程中的n-1维进行差分离散,从而转换为关于第n维变量的耦合常微方程组,进而采用分离变量法或正交变换法去耦为独立的常微分方程进行解析求解.这种方法既具有解析方法精度高、计算量小的特点又具有数值方法适用范围广的优点.在数学文献中,用直线法求解偏微分方程始于20世纪60年代.1980年德国学者U.Schulz和R.Pregla将直线法用于微波平面导波结构色散特性的分析.经过国内外学者20多年来的深入研究,目前这种方法已成为分析电磁场与电磁波问题最有影响的方法之一.在国内,我们率先开展了直线法的研究,完成了国际上第一部关于电磁领域中直线法的学术专著[28].在直线法方面进行了一系列开创性的研究工作,发表了20多篇论文,提出了无正交变换的直线法并引入了四阶的高精度格式;首次将直线法推广应用于复合矩形域上二维电磁场边值问题的分析;证明了直线法与变分法的等价性,从而为直线法的稳定性提供了理论基础[29];首次将直线法应用于曲边矩形域上电磁场边值问题的分析;首次将直线法推广应用于电磁散射问题的分析,首次对直线法的误差进行了系统的研究并提出了提高精度的方法,首次提出了用直线法求解混合模集成传输线时模式分解的座标变换技术(国际会议PIERS’95分组特邀报告,美国,西雅图)等.

8　毫米波无源电路的数值分析及其

应用

　　20世纪60年代后期开始,微波电路CAD逐

步取代了传统的试探设计法,设计效率与精度大幅度提高.国际软件市场相继出现多种微波电路CAD软件包,成为微波电路分析与设计的有力工具.20世纪70年代及以后,微波频率向毫米波段开拓,传统的立体电路被混合集成电路取代,并且有继续被单片集成电路代替的趋势.在这种新技术不断发展的形势下,许多低损耗新型传输线及无源元件、高性能的微波半导体新型器件层出不穷,而这些新型元器件的电路模型是当时商品软件所没有的.因此,为了提高设计精度,保证电路有优越性能,提高成品率从而降低成本,研究新型元器件的电路模型是国际上毫米波研究领域一个引人瞩目的前沿课题.

在已故著名微波专家李嗣范教授(作者的博士生阶段导师)的领导下和国家自然科学基金委“三毫米波段技术基础研究”重大项目的资助下,在“毫米波无源电路的数值分析及其应用”方面开展了一系列创新研究,发表了一系列高质量的学术论文[30],并成功地研制出一批三毫米波段元部件.

(作者该项成果获1991年“国家自然科学四等奖”

为第三获奖人).

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东南大学学报(自然科学版)第32卷

9　结　语

在国家教委跨世纪优秀人才基金、国家杰出青年基金等的资助下,10多年来,作者及其学生在国内外学术刊物,如IEEETransAP、IEEETransMTT、IEEETransEMC、IEEEMGWL、《中国科学》等和国际会议上发表有关计算电磁学方面的学术论文和特邀报告200多篇.论文被SCI,EI和ISTP收录120多篇次,被国内外学者引用170多次,国外引用刊物有21种.目前东南大学计算电磁学研究中心已形成了一个包括2位教育部长江学者计划特聘教授在内的青年研究梯队,并且正在陆续产生一些有国际影响的研究成果.

计算电磁学是现代电子技术,如通信、计、勘探、目标识别等的基础.,.因此,,更重要的是还可以促进我国民用和军用相关领域的发展.

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